人教版生物选修23.1 微生物发酵及其应用 学案1

1、微生物发酵及其应用【学习目标】1.说出微生物发酵生产的基本过程。2.举例说出微生物发酵与食品生产的关系。3.参与有关微生物发酵的调查活动。4.通过发酵工程发展的历史，体验科学、技术、社会三者间的紧密联系和互动。【学习重难点】一、重点1.发酵工程史话。2.发酵的生产过程。二、难点发酵的生产过程。【学习过程】一、核心解读1.制作馒头时，面团放置时间长，做出的馒头有酸味的原因。大规模生产的馒头是采用活性干酵母为发酵菌种。首先将活性干酵母与适当的水混合，制成菌悬浮液，再与面粉混合形成面团，放置一定时间使酵母增殖发酵，然后制成小面团蒸制成馒头。利用活性干酵母进行面团发酵的优点是：因加入的面包酵母在面团中

2、占有菌种优势，其他微生物占有很少的比例，可以保证发酵的质量。如果发酵面团放置时间过长，被其他微生物，如乳酸菌或其他产酸菌污染，面团就会变酸，使蒸制的馒头有酸味。家庭发面蒸制馒头采用的是自然发酵，在和面时没有加入菌种，而是利用在面粉和水中存在的微生物进行发酵。在面团中能够自然生长繁殖的微生物很多，因此，自然面团发酵是混合菌发酵。在这些微生物中就有产酸微生物，面团发酵会产生酸，因此需要加入碱进行中和，再蒸制成馒头。如果发酵面团留下一些，作为下一次发酵的“面引子”，经过多次的这样接种式发酵，面团中的微生物会因生长优势而逐渐“纯化”，杂菌逐渐减少，使面团中的微生物主要成为乳酸菌。因为乳酸菌发酵产酸，因

3、此，如果放置时间过长再蒸，就可能带酸味。2.食品与经发酵生产的食品添加剂的关系。1/4喜蛋、糖果、饼干、果冻等添加了红曲色素，以调节色泽；果汁、饼干、面包、点心、方便面等添加了黄原胶，起悬浮、稳定、增稠、改善口感、防止粘牙、延长储存期等作用；各类罐头，包括蔬菜、水果、蘑菇、鱼类、肉类、蛋类罐头，香肠，包装奶等添加了乳链杆菌肽，以保鲜、防腐，降低杀菌强度，保存营养和改善口感等；各种果汁、啤酒和饮料中均需使用柠檬酸或乳酸作为酸味剂调节口味、口感；饭店、食堂和家庭制作的菜肴中常加味精或肌苷，以增加鲜味。可以说市场上出售的各类食品均加有各种食品添加剂，其中约70%80%的食品添加剂是用发酵法或发酵产生

4、的酶加工生产的。3.发酵生产过程中，有哪些因素会影响发酵效果？（1）菌种直接从自然界分离到的微生物不一定具有生产特定产物的能力，需要在实验室里对几百株、数千株微生物进行筛选。即使得到了产生特定产物能力的菌株，其生产能力和性能也不见得能够满足生产的需要，还需要经过诱变选育得到高产、性能优良的菌种。即使利用基因工程构建的具有特殊生产能力的工程菌，都还要对其进行仔细研究，全面了解产生产物的规律、影响菌株产生产物的各种因素和它们之间的关系以及控制的办法，并在实验室里进行验证和扩大规模的验证，才能够用于生产。在大规模工业生产上有了优良的生产菌种还不够，必须通过适当的措施提供足够量的种子。（2）发酵培养基

5、现在大规模工业发酵产品的生产，多采用液体培养基进行深层发酵。使用的培养基必须满足微生物细胞生长、繁殖的需要，因为没有大量的细胞就不可能产生大量的产物；但是细胞的过分生长会消耗大量的营养物，有时又会影响细胞的生产能力，会使产物的产量和产率下降。使用的培养基还必须有利于微生物大量合成产物。因此，培养基的组成十分关键。（3）纯种发酵与灭菌现代发酵工业绝大多数采用纯种发酵，可以保证高产及生产过程和产品质量的稳定。污染是发酵工业的大敌，它会使发酵失败，造成巨大损失。因此，灭菌和无菌操作成为发酵工业的重要环节。（4）温度对微生物生长的影响温度主要是通过影响微生物细胞内生物大分子的活性来影响微生物的生命活动

6、。一方面，随着温度的升高，细胞内的酶反应速度加快；另一方面，随着温度的进一步增高，生物活性物质（蛋白质、核酸等）发生变性，细胞功能下降，甚至死亡。所以，每种微生物都有个最适生长温度。（5）pH对微生物生长的影响2/4培养基的pH对微生物生长的影响主要是引起细胞膜电荷变化，以及影响营养物离子化程度，从而影响微生物对营养物的吸收；pH也会影响生物活性物质，如酶的活性。（6）溶解氧的影响工业上大部分为好氧发酵，如抗生素、氨基酸、维生素、多糖、有机酸（细菌发酵生产乳酸例外）等发酵均需要往发酵液中通入无菌空气，以满足微生物生长代谢过程对氧的需求；而酒精、丙酮、丁醇和乳酸的细菌发酵为厌氧发酵，发酵过程不需

7、要氧。微生物在不同发酵阶段，因其生长、代谢水平的变化，对氧的需求量也有变化，因此，控制发酵液的溶氧可以达到提高生产水平的目的。发酵液中溶解氧浓度可以通过控制通气量、罐压、搅拌速度等控制氧的溶解速度和浓度。可以看出，发酵过程对周围环境的物理和化学条件十分敏感，任何一种微生物发酵均需要适当的温度、pH、溶解氧、营养物等，保证最适的发酵条件是发酵成功获得高产产品的关键。二、题例领悟1.发酵罐发酵过程中，使温度升高的热量来源于（）冷却水供应不足微生物代谢培养基不新鲜搅拌放料口排出产物ABCD2.下列不需要利用发酵工程的是（）A生产单细胞蛋白饲料B通过生物技术培育可移植的皮肤C利用工程菌生产胰岛素D工厂化生产青霉素3.发酵工程的中心阶段是（）A菌种的选育B扩大培养的接种C发酵过程D分离提纯4.在谷氨酸培养过程中，必须不断地调整培养液的pH，原因是（）谷氨酸发酵的最适pH是7080在发酵过程中，培养液pH会发生变化当pH呈酸性时，谷氨酸的产量会下降不调节pH，培养液中生成的谷氨酸会变成其他物质3/4ABCD5.温度对发酵过程的影响，不正确的是（）A温度过高，发酵周缩短，产量降低B温度不影响生物合成的途径C温度能影响菌种对营养物质的吸收D菌体生长和产物合成所需的最